Основы автоэлектрики. Часть1. Основные законы
При диагностике автомобиля у многих начинает возникать вопрос по электрической части. К сожалению, не все прониклись в школе, техникуме или университете основными законами электродинамики, что привело к пробелам в матчасти. Более того, немногие постигли прелести радиолюбительства, что расширяет познания в области электроники. Поэтому я решил начать цикл, посвящённый автоэлектрике (да и вообще электрики в целом), чтобы помочь тем, кто гулял во время лекций с девочками и глотал каждый день юности, а теперь мучается в гараже.
Итак, с чего следует начать?
Думаю, с основных законов электротехники, а именно:
1. Основные понятия
2. Сила тока, напряжение, сопротивление
3. Закон Ома для участка цепи
4. Первое правило Кирхгофа
5. Второе правило Кирхгофа
6. Методы измерения
1. Основные понятия
Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц (электроны, ионы).
Постоянный электрический ток — ток, направление движения частиц в котором постоянно.
Переменный электрический ток — ток, направление заряженных частиц в котором изменяется.
Проводник — материал, вещество или среда, хорошо проводящие электрический ток.
Диэлектрик — материал, вещество или среда, которые практически не проводят электрический ток.
Источник электрического тока — некий преобразователь любого вида энергии (механической, химической, ядерной и так далее) в электрический ток.
2. Сила тока, напряжение, сопротивление
Сила тока (I) — это скорость прохождения количества заряда через попереченое сечение проводника. Если мы говорим о движении электронов, как носителей заряда, то фактически — это сколько электронов проходит через сечение проводника за единицу времени.
Измеряется сила тока в единицах "Ампер", А:
0,000001 А = 0,001мА = 1мкА (микроампер)
0,001 А = 1 мА (миллиампер)
1000 А = 1 кА (килоампер)
Электрическое напряжение (U) — это разность электрических потенциалов между двумя точками электрической цепи, проводника или чего бы то ни было ещё. Если значение напряжения отлично от нуля, то при замыкании этих двух точек проводником, в последнем будет возникать электрический ток до тех пор, пока потенциалы не уровняются, иными словами, пока напряжение на станет равно нулю.
Измеряется напряжение в единицах "Вольт", В:
0,001 В = 1 мВ (милливольт)
1000 В = 1 кВ (киловольт)
1000000 В = 1000 кВ = 1 МВ (мегавольт)
Электрическое сопротивление ® — это физическое свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока. Чем сопротивление выше, тем меньше электрического заряда может через него проходить при всех прочих равных условиях.
Зависит сопротивление от длины проводника (l), площади поперечного сечения проводника (S) и физического свойства материала, из которого сделан проводник, называемого удельным сопротивлением (p):
Значения удельных сопротивлений некоторых материалов:
Измеряется сопротивление в единицах "Ом", Ом:
0,001 Ом = 1 мОм (миллиом)
1000 Ом = 1 кОм (килоом)
1000000 Ом = 1000 кОм = 1 МОм (мегаом)
3. Закон Ома для участка цепи
В определённых кругах часто можно услышать фразу: "Не знаешь закон Ома, сиди дома".
И не напрасно, ибо в наш век, когда и минуты без какого-либо электронного устройства рядом уже не представить, такой простой закон полезно было бы знать каждому.
Выглядит он следующим образом:
Т.е. сила тока, проходящего через участок цепи, равен отношению напряжения между концами этой цепи к сопротивлению этой же цепи.
Тут важно понять, что сила тока зависит от напряжения и сопротивления, а никак не наоборот. Т.е. имея источник постоянного напряжения 14 В и подключив к его клеммам нагрузку определённым сопротивлением (лампочку, резистор, прибор с неким внутренним сопротивлением и так далее), Вы определите значение тока.
Даже в общении с радиолюбителями можно услышать ошибочное мнение, что не меняя напряжение и не меняя сопротивление цепи, можно увеличить силу тока. Увы, это недостаток понимания элементарного закона.
Сила электрического тока — это лишь следствие, а не причина.
4. Первое правило Кирхгофа
Сумма всех токов в узле любой цепи равна нулю. Тут важно понимать, что учитывается направление движения тока: то значение силы тока, что подходит к узлу (точке) цепи, имеет знак плюс, тот ток, что отходит, — имеет знак минус.
Простым примером является любая точка на проводнике: сколько зарядов за единицу времени (читай сила тока) подошло к этой точке, столько же и отошло от неё. Так как значение этих токов равны по модулю, но имеют разные знаки, то алгебраическая сумма будет равна нулю.
Более сложные узлы выглядят так:
5. Второе правило Кирхгофа
Сумма напряжений на любом замкнутом контуре равна нулю. Тут опять же важно понимать, что источник ЭДС имеет значение напряжение со знаком минус, потребители — со знаком плюс. Или наоборот — кому как удобно. Эти значения сохраняют полярность по направлению движения тока.
Простым проявлением 2-го правило является следствие, что напряжение всех параллельных цепей равно между собой. Именно благодаря этому закону во всех розетках квартиры одинаковое напряжение и все лампочки в Вашем автомобиле питаются от напряжения аккумуляторной батареи. Ибо каждое параллельное соединение можно рассматривать как единый замкнутый контур с источником ЭДС.
6. Методы измерения
Согласитесь, знание вышеописанного не имеет никакой ценности, кроме как способности блеснуть им за кружкой пива перед товарищами, если Вы не можете их хоть как-то пощупать.
Поэтому нужно уметь правильно измерять интересующие нас значения.
Для измерения силы тока служит прибор Амперметр:
Для измерения напряжения — Вольтметр:
Для измерения сопротивления — Омметр:
Как правило, эти приборы имеют такие немаловажные параметры, как предел измерения (до какого значения может мерить), цена деления (с точностью до какого значения можно определить значение), погрешность измерения (насколько допускается производителем отклонение полученных измерением данных от реальных) и для амперметра и вольтметра — для какого тока (переменный или постоянный).
К радости радиолюбителей, инженеров, автоэлектриков и всех остальных, кому необходимо измерять немаловажные величины участка цепи, современный рынок предлагает широкий выбор так называемых АВОметров (Ампер-Вольт-Ом-метры). Часто можно услышать и второе название — мультиметр. Ну, а в народе прижились понятия тестер, цешка и просто прибор.
Пользоваться мультиметром достаточно просто, но нужно знать некоторые правила:
1) Сила тока измеряется в разрыва цепи. Т.е. для измерения этой величины нам необходимо воткнуть измерительный прибор в цепь.
К примеру, нам необходимо измерить, сколько тока потребляет электрическая лампочка. Для этого необходимо отсоединить любой из проводов, питающих лампочку, и вставить в полученный разрыв прибор, затем запитать цепь. Почему любой провод? Да потому что работает первое правило Кирхгофа. В зависимости от того, каким образом вы подключите щупы, будет меняться только знак значения — плюс или минус.
2) Напряжение измеряется параллельно исследуемой цепи. Т.е. для этого измерения нам не нужно ничего разъединять. Просто подключаем щупы к нужным точкам.
К примеру, нам нужно измерить напряжение на аккумуляторной батарее. Мы просто подцепляем щупы к её плюсу и минусу. Если нарушить полярность, опять же просто изменится знак значения.
3) Сопротивление измеряется на обесточенном участке аналогично напряжению. Т.е. мы просто подключаемся к узлам цепи. Тут есть немаловажный момент: если в цепи несколько параллельных узлов, Вы измерите результирующее сопротивление всей цепи.
К примеру, если Вы хотите измерение нити накала лампочки, то измерение лучше производить с её извлечением из патрона. Если же Вам важно понять общее сопротивление цепи — мерьте прямо на автомобиле. Вообще о самих значениях сопротивлений мы поговорим более детально в следующих частях.
И еще раз повторюсь: сопротивление следует измерять лишь на обесточенных цепях, т.е. нельзя измерить сопротивление на горящей лампочке. Это связано с самим методом измерения, который основан на подаче тока на измеряемую цепь прибором, а значит побочные токи внесут погрешность, причем солидную.
4) Перед измерением необходимо правильно выставить единицу и предел измерения на приборе, а при необходимости — переподключить щупы на самом приборе.
Во-первых, щупы: на большинстве авометров для измерения сопротивления и напряжения служат одни клеммы для подключения, а для измерения силы тока — другие. Если неправильно подключить перед измерением, имеется высокая вероятность как минимум спалить предохранитель прибора. Как максимум — вывести из строя прибор или цепь измерения. Поэтому будьте внимательны!
Во-вторых, единицы:
— если нужно измерять напряжение постоянного тока, то переключатель следует перевести в сторону V=,
— если напряжение переменного тока, то V
.
— если силу постоянного тока, то A=,
— если силу переменного тока, то A
.
— если сопротивление (помним: тока быть вообще не должно), то греческая буква Ω.
Неправильное подключение также может вывести прибор из строя.
В-третьих, предел измерения:
Если Вы заведомо не знаете, какое значение получите, устанавливайте максимальный предел. Если увиденное значение близко к нулю, то переключайте то того значение, которое позволит Вам увидеть более точное значение, которое не должно быть выше установленного предела.
Если же Вы знаете порядок значений (например, сеть переменного тока в розетке — 160…250 В), то предварительно установите требуемый предел, который выше измеряемой величины (на большинстве мультиметров для розетки — это
Как можно понять из вышесказанного, любое нарушений правил может привести к нежелательным последствиям. Поэтому будьте внимательны и соблюдайте требования до включения прибора в цепь, и вам не придётся лишний раз тратиться;)
Буду закругляться. Надеюсь, писал всё это не зря, и кому-то будет очень полезно.
Если есть пожелания что-то рассмотреть в рамках данного цикла, пишите в комментариях.
Как работают электрические системы?
08.10.2018 
Электрическая схема ВАЗ 2109
Общий принцип электрической схемы
Электрическая система автомобиля является замкнутой цепью с независимым источником питания (батареей 12 В). Автомобиль функционирует на некоторой части мощности аккумулятора, остальную электроэнергию поставляет генератор. Аккумулятор создает стартовый импульс – раскручивает коленвал, генератор. Генератор продуцирует искру и двигатель запускается. Вращающийся вал создает на генераторе переменный ток, который выпрямляется и питает всю систему, в том числе аккумулятор.
Ток течет по проводникам от батареи к питаемым компонентам, после чего возвращается к батарее через корпус машины. К корпусу подключается заземление – толстый и наиболее важный участок кабеля. Такой тип схемы называется системой возврата земли, любая ее часть, соединенная с кузовом автомобиля, называется заземленной.
Сила тока измеряется в амперах (А); некий аналог «давления» тока называют напряжением и измеряется в вольтах (В). По сути напряжение – некая численная характеристика, которой можно измерить («пощупать») напряженность электрического поля. Современные автомобили имеют 12-вольтовую батарею. Его мощность измеряется в амперах/ часах. Аккумулятор емкостью 56 ампер / час должен обеспечивать ток 1 ампер в течение 56 часов или 2 ампера в течение 28 часов.
Если напряжение батареи падает, протекающий ток уменьшается, и, в конечном итоге, становится недостаточным, для работы некоторых электрических компонентов. Пример: не заводится мотор, фары горят тускло и пр.
Ток, напряжение и сопротивление (Ампер, Вольт и Ом)
Степень, с которой проволока (проводник) сопротивляется потоку тока, называется сопротивлением и измеряется в омах. Тонкие провода проводят электричество легче, чем толстые, потому что в тонком проводнике требуется меньше электронов для прохождения.
Энергия электромагнитного поля при прохождении тока через проводник преобразуется в тепло. Это можно наблюдать в лампочке, которая греется при подключении. Обращали внимание на то, как нагреваются фары? Провода в электрической схеме вашего автомобиля тоже могут нагреваться, а, если что-то пошло не так – даже плавиться.
Замена проводки моторного отсека:
Поэтому компонент с высоким потреблением тока не должен подключаться с помощью слишком тонких проводов, это приводит к тому, что-либо провода перегреваются либо выгорает предохранитель. Предохранитель – это участок с тонким проводом, он нужен для того, чтобы взять на себя «удар» и не допустить перегорание жизненно-важных проводников.
Все электрические единицы измерения взаимосвязаны: Напряжение 1 Вольт вызывается током в 1 Ампер, который протекает через проводник сопротивлением 1 Ом. Например, лампочка с сопротивлением 3 Ом в 12-вольтовой системе потребляет 4 ампера. Это означает, что он должен быть подключен с помощью достаточно толстых проводов, иначе через него не сможет пройти 4 Ампера.
Часто потребляемая мощность компонента указывается в Ваттах. Ватт – это перемноженные между собой напряжение и сила тока. Лампа в примере, описанном выше, потребляет 48 Вт.
Система заземления
Полярность
Электричество течет от батареи только в одном направлении, а некоторые компоненты работают, если «плюс» подключен к «плюсу», а «минус» к «минусу». Это касается всех полупроводниковых и индукционных элементов – катушки, стартер, генератор, диоды, транзисторы и пр.
Принятие такого одностороннего потока называется полярностью . На большинстве автомобилей отрицательная клемма аккумулятора заземлена, а положительная (+) отправляется в электрическую схему.
Это называется отрицательной заземленной системой, и при покупке электрического аксессуара (магнитола, например) всегда следует проверять подходит ли он для системы вашего автомобиля. Установка радио с неправильной полярностью повредит устройство, но большинство автомобильных радиоприемников имеют внешний переключатель для установки полярности в соответствии с характеристиками автомобиля. Перед установкой выберете правильную настройку.
Короткие замыкания и предохранители
Если используется провод неправильного размера, или если провод поврежден (отсоединен), это может привести к случайному короткому замыканию, которое буквально «пробивает» сопротивление компонента. Ток в проводе может стать опасно высоким, расплавить провод или даже вызвать пожар.
Блок предохранителей ВАЗ 2109
Чтобы предотвратить это, в цепях имеются предохранители. Наиболее распространенным типом предохранителя является короткий тонкий провод, помещенный в жаростойкий кожух, чаще всего – стеклянный маленький стакан.
Размер провода предохранителя является самым тонким во всей электрической системе, его сечение позволяет выдерживать минимальные токи без перегрева. Толщина провода предохранителя позволяет выдерживать только такие скачки напряжения, которые выдержит любой компонент, в том числе полупроводниковый.
Внезапный всплеск большого тока приводит к расплавлению плавкого предохранителя или (если предохранителя нет) к «удару», нарушающему электрическую цепь.
Когда это произойдет, проверьте, имеется ли короткое замыкание или отсоединение, затем установите новый предохранитель с правильным номинальным током. Существует много предохранителей, каждый из которых защищает небольшую группу компонентов, так что один сгоревший предохранитель не отключает всю систему. Многие из них сгруппированы вместе в блоке предохранителей.
Схемы
Схема обычно включает в себя более одного компонента, например, лампочки в системах освещения. Важно понимать, как именно они соединены – параллельно или последовательно.
Например, лампа фары предназначена для обеспечения определенной степени сопротивления, так что она потребляет определенный ток, иначе она попросту не сможет нормально светиться.
Но в цепи есть как минимум две фары. Если бы они были соединены последовательно, электрический ток должен был пройти через одну фару, чтобы добраться до другой. Это означало бы, что если бы одна из фар перегорала, то не светились бы обе. Ток будет сталкиваться с сопротивлением дважды, а двойное сопротивление будет уменьшать вдвое ток, так что лампочки светились бы очень слабо даже при заряженном аккумуляторе. Подключение ламп параллельно позволяет электричеству проходит через каждую лампу только один раз и не зависеть от состояния второй лампы.
Некоторые компоненты должны, наоборот, соединяться последовательно. Например, отправитель в топливном баке меняет свое сопротивление в зависимости от количества топлива и «посылает» небольшой электрический ток в топливный манометр. Эти два компонента соединены последовательно, так что изменяющееся сопротивление в одном датчике будет влиять на положение иглы в другом.
Вспомогательные цепи
Стартер имеет свой собственный толстый кабель, подключенный к нему непосредственно от аккумулятора. Цепь зажигания снабжает свечи импульсом высокого напряжения. Именно от этой простой цепи и зависит работоспособность двигателя. Именно поэтому данный участок изолирован от остальной схемы и функционирует автономно. Все остальные схемы называются вспомогательными цепями.
Большинство из них подключаются через замок зажигания, так что они работают только при включении. Это предотвращает случайное выключение чего-либо, что может привести к разрядке аккумулятора. Однако боковые и задние фары, которые вам могут понадобиться, когда автомобиль стоит на стоянке, всегда могут быть включены независимо от ключа зажигания. Именно поэтому, выходя из авто, следует проверить не забыли ли вы выключить фары. В противном случае, к вашему возвращению вас может ждать автомобиль с полностью разряженным аккумулятором.
При установке дополнительных принадлежностей, таких как обогреватель заднего стекла, который потребляет большой ток, всегда прокладывайте его через ключ зажигания.
Некоторые вспомогательные компоненты могут работать без включения зажигания, достаточно повернуть переключатель в положение «вспомогательное». Радиоприемник обычно подключается именно через него, чтобы его можно было включить при выключенном моторе.
Провода и печатные схемы
Размеры проводов и кабелей классифицируются по максимальному значению силы тока, который они способны безопасно через себя проводить. Безопасно – означает без лишнего нагрева.
Через автомобиль проходит сложная сеть проводов. Чтобы избежать путаницы, каждый провод маркируется своим цветом. Следует помнить, что это актуально только внутри конкретного автомобиля: нет национальной или международной системы цветовой маркировки проводников. Так, к примеру, провод от катушки зажигания в машине ВАЗ может быть помечен как желтый, однако в БМВ он чаще всего оранжевый с черной полосой. Есть определенные традиции, например, зеленый – это «минус», красный – это «плюс», черный – почти всегда «плюс». Однако, это именно традиции, а не правила и доверять при ремонте им не следует.
Большинство справочников и руководств по обслуживанию автомобилей включают в себя схему подключения, в которой разобраться очень непросто. Однако цветовое кодирование является полезным руководством для отслеживания проводки.
Там, где провода проходят бок о бок — они в связке (в пластмассовой или тканевой оболочке). Это позволяет содержать их аккуратными и упрощать процесс замены и установки. Этот пучок проводов растягивается по всей длине автомобиля, при необходимости прокладываются одиночные провода или небольшие группы.
Современным автомобилям часто требуется дополнительное место для большого количества проводов в ограниченном пространстве. Некоторые производители теперь используют печатные схемы вместо пучков, это особо удобно на задней приборной панели.
Печатные схемы — это пластиковые листы, на которых были напечатаны медные дорожки. Компоненты подключаются непосредственно к дорожкам. Некоторые современные автомобили имеют гибкие печатные схемы. Медные дорожки печатаются лентами (шлейфами) на очень гибком пластике, который способен заменить всю систему проводки.
Электрика автомобиля: краткое обучение для автолюбителя
Современный автомобиль не может работать без электричества. При помощи электрического тока происходит зажигание рабочей
смеси в бензиновых двигателях, пуск двигателя стартером, приводятся в действие световая и звуковая сигнализация, контрольно-измерительные
приборы, освещение и дополнительное оборудование. Кроме того, тенденции мирового автомобилестроения в последнее время направлены на все более
широкое применение электрической тяги в автомобилях (гибридные силовые установки, топливные элементы и электромобили).
Для получения электрической энергии на автомобиле устанавливают источники электрического тока- генератор и аккумуляторную батарею.
Аккумулятор используется для пуска двигателя и для питания электроприборов при неработающем двигателе. Генератор питает электрооборудование автомобиля при работающем двигателе, и, кроме того, подзаряжает аккумуляторную батарею. Генератор превращает механическую энергию от вращения коленвала в электрическую, а аккумулятор- химическую энергию в электрическую.
Генератор и аккумулятор относятся к источникам электрического тока, все остальные электроприборы автомобиля являются его потребителями. Источники и потребители электрического тока соединяются между собой с помощью проводников, в качестве которых, как правило, служит медный провод. Провод обязательно должен находиться в изоляции во избежание замыкания с другими проводниками и, как следствие, перегорания электроприборов.
Все материалы по электропроводности делятся на проводники и непроводники (изоляторы). Не вдаваясь в дебри физики, просто отметим, что в проводниках
находится большое количество свободных электронов, которые хаотично движутся. При приложении электрического напряжения к проводнику свободные электроны начинают двигаться в одном направлении, создавая электрический ток. В изоляторах же свободных электронов практически нет, поэтому и ток создавать нечем. К проводникам относится большинство металлов, уголь, водные растворы щелочей и кислот. К изоляторам- резина, пластмассы, стекло и т.п.
Замкнутая и разомкнутая цепь
Если источник тока, провода и потребители соединить между собой в замкнутый контур, то мы получим электрическую цепь, по которой потечет электрический ток. Характерной особенностью электрической цепи на автомобиле является то, что одним из проводов служит масса (металлические части кузова автомобиля), а другим проводом служат изолированные провода. Поэтому такая электрическая цепь называется однопроводной.
Между полюсами (выводами) любого источника тока существует электрическое напряжение (обозначается U), измеряемое в вольтах. Сила электрического тока (обозначается I) измеряется в амперах. Всякий проводник и потребитель создает сопротивление электрическому току (обозначается R), которое измеряется в омах. Между этими тремя величинами существует зависимость, которую выражает знаменитый закон Ома: I = U / R. Работа электрического тока, выполненная за 1 секунду, называется мощностью. Мощность измеряется в ваттах и обозначается P. Мощность можно рассчитать по формуле P = U * I. Электрический ток, проходящий через проводник, нагревает его. Количество выделяемого при этом тепла зависит от силы тока, сопротивления и времени прохождения тока.
Однопроводная электрическая цепь автомобиля
На автомобилях приборы электрооборудования питаются постоянным током. Постоянным называется ток, который движется в проводнике только
в одном направлении, в отличие от переменного тока, который движется в проводнике попеременно то в одном, то в другом направлении.
В каждом источнике постоянного тока различают два полюса: положительный (+) и отрицательный (-). Условно считают, что постоянный ток в цепи движется
от положительного полюса к отрицательному. На автомобилях отрицательный полюс источника тока соединяют с массой (если, конечно, кузов металлический).
Потребители или источники тока могут быть соединены между собой последовательно или параллельно. При последовательном соединении отрицательный полюс одного источника тока соединяют с положительным полюсом другого. В результате такого соединения общее напряжение будет равно сумме напряжений всех источников тока. При параллельном соединении источников тока соединяют между собой одноименные полюса- положительные с положительными, отрицательные с отрицательными. При таком соединении общее напряжение будет таким же, как у одного источника тока, а сила тока увеличится во столько раз, сколько источников тока соединены между собой.
При последовательном соединении потребителей весь ток проходит через каждый потребитель. Если выйдет из строя один из потребителей, обесточивается вся цепь. При параллельном соединении ток, разветвляясь, поступает к каждому потребителю отдельно. В этом случае выход из строя любого потребителя не влияет на работоспособность остальных.
Последовательное соединение источников 
Параллельное соединение источников
Магнетизм и электромагнетизм
Все знают, что такое магнит. Также все замечали, что магниты притягивают к себе стальные предметы не только при непосредственном соприкосновении, но
и на расстоянии, что свидетельствует о наличии вокруг них магнитного поля. Каждый магнит имеет два полюса, которые условно называют северным (N) и южным (S). При сближении одноименных полюсов двух магнитов они отталкиваются, а при сближении разноименных полюсов- притягиваются.
Магнитное поле, созданное вокруг магнитов, состоит из магнитных силовых линий, направленных от северного полюса к южному. С удалением от магнита величина магнитного поля уменьшается.
Магнитное поле вокруг проводника с током
Если через проводник пропустить электрический ток, то вокруг него создается кольцевое магнитное поле без выраженных полюсов. Если же проводник свернуть в виде спирали, то при прохождении по нему тока магнитное поле образует на концах спирали полюса- северный и южный. Если в середину такой катушки поместить стальной сердечник, то образуется электромагнит, имеющий все свойства обычного магнита (очень наглядно это показано в мультфильме “Ивашка из дворца пионеров”, где главный герой с помощью электромагнита расправляется с Кащеем Бессмертным).
Простейший электромагнит
Магнитное поле электромагнита можно увеличивать или уменьшать, изменяя силу тока или количество витков катушки. С увеличением силы тока или количества витков электромагнита увеличивается его магнитное поле.
Если проводник с током поместить в магнитное поле магнита (электромагнита), то в результате взаимодействия магнитных полей проводника и магнита проводник будет выталкиваться, т.е. электрическая энергия будет превращаться в механическую. На этом явлении основана работа электродвигателей.
Принцип работы генератора 
Принцип работы электродвигателя
Для превращения механической энергии в электрическую используют явление электромагнитной индукции. Если замкнутый проводник вращать в магнитном поле, то в проводнике возникает электрический ток. Величина тока зависит от длины проводника, скорости пересечения,плотности магнитного поля и угла, под которым пересекаются магнитные силовые линии. На этом явлении основана работа генератора.
Вы, конечно же обратили внимание, что картинки практически одинаковы? Не удивляйтесь, это свидетельство обратимости электрических машин. Обратимость электрических машин — одинаковое устройство преобразователей электрической энергии в механическую и механической в электрическую. Таким образом, электрические машины взаимозаменяемы: любой электродвигатель может использоваться в качестве генератора и наоборот. Приоритетная функция электрической машины определяет её конструктивные особенности, вследствие которых обратимость становится неравномерной. Говоря по-русски, электрогенератор будет работать лучше, чем используемый в качестве генератора соответствующий по размерам электродвигатель, и наоборот.
Обозначения на электрических схемах
Обозначения на схемах электрооборудования автомобиля, как правило, интуитивно понятны. Но, для общего развития, не мешает знать и некоторые специфические условные обозначения.
Устройство электрооборудования автомобиля
Источники тока, потребители тока, элементы управления, электрическая проводка.
Источники тока
- Питания потребителей электрическим током (подачи электричества в бортовую сеть) – в дополнение к генератору при включенном двигателе или при выключенном двигателе.
- Питания стартера.
На практике АКБ может помогать при запуске двигателя, питании электроэнергией фар, дворников, усилителя руля, участвовать в работе устройств, отвечающих за подогрев стекол и сидений, включение системы безопасности, аудиосистемы, GPS-навигации, климатической установки.
Батарея расположена в моторном отсеке автомобиля и крепится на специальной полке. Устройство АКБ объединяет несколько секций (аккумуляторных банок). Они представляют собой устройство для накопления энергии с целью её последующего использования. Состоят из блоков положительных и отрицательных электродов, которые подсоединяются к полюсному мосту через ушко.
На современном транспорте устанавливаются самые разные АКБ. Но в основе всех АКБ – взаимодействие металлов и жидкости или металла и геля (желе). Эта реакция возникает при замыкании контактов отрицательных и положительных пластин.
У популярных свинцово-кислотных аккумуляторов – положительно заряженные пластины сделаны из свинца, а отрицательно заряженные – из оксида свинца. В гелевых аккумуляторах также содержится силикагель из растворов кремниевых кислот (nSiO2·mH2O).
Достоинство гелевых аккумуляторов – высокий пусковой ток, минимизация рисков работы при поврежденном корпусе, длительный срок эксплуатации.
Зато у моделей, где металл взаимодействует с жидкостью, – более сильное противостояние риску перезаряду и более приемлемая стоимость.
Также ощутима большая стойкость АКБ с жидкой средой к низким температурам. Исключение – гелевые АКБ, изготовленные по технологии AGM (между пластинами дополнительно прокладывается стекловолокно).
Появившийся позднее свинцово-литиевых АКБ, но очень перспективный вариант – ионно-литиевые аккумуляторы.
Электролит у таких аккумуляторов – из органических растворителей с солями лития: кобальтат лития- LiCoO2, никелат лития (LiNiO2), литий-марганцевая шпинель LiMn2O4, а анод – из графита или углеродных композиций, например графена.
Генератор
Генератор – устройство для питания электротоком всех потребителей, подзарядки аккумуляторной батареи при работающем двигателе на средних и больших оборотах, у электромобилей выполняет роль статора (и называется статор-генератор). В последнем случае он не просто берёт на себя функцию корпусной детали для размещения рабочей обмотки. Он служит магнитопроводом для улучшения индуктивности рабочей обмотки и равномерного распределения силовых линий магнитного поля. Также статор-генератор отводит от нагревающихся обмоток чрезмерное тепло.
В автомобилестроении используются различные решения, но все они основаны на том, что это устройство переменного тока. Устройства постоянного тока в качестве автомобильных генераторов не применяются.
Традиционные элементы генератора переменного тока:
- Корпус генератора. Включает крышки, стянутые болтами, с вентиляционными окнами.
- Обмотка.
- Ротор. Создаёт вращающееся магнитное поле.
- Шкив привода.
- Ремень для передачи к генератору вращения от коленвала.
- Кронштейн крепления.
- Контактные кольца. Обеспечивают передачу к подвижным элементам от неподвижных (и в обратном направлении) напряжения, сигнала.
- Щетки. Важнейшие составляющие системы отвода и подвода тока. Ответственны за снятие напряжения с генераторного коллектора.
- Регулятор напряжения или реле-регулятор ограничивает вырабатываемое генератором напряжение. Неисправность регулятора чревата недозарядом или перезарядом АКБ.
- Вывод для подключения потребителей.
- Вывод для питания цепи амперметра и контрольных ламп на щитке приборов.
- Выпрямитель (выпрямительный блок, диодный мост). Преобразует переменный ток в постоянный (создаёт напряжение одинаковой величины).
Потребители тока
- Система зажигания. Необходима для создания и подачи искрового разряда к свечам зажигания у ДВС. Может быть:
— контактной (источник электроэнергии: при включении транспортного средства — аккумулятор, при езде генератором, распределитель зажигания — механическое устройство).
— бесконтактной (вместо механического распределителя стоит электронный коммутатор, он увеличивает мощность искры, крутящий момент ДВС на малых оборотах, ускоряет запуск двигателя в мороз, снижает расход топлива).
— микропроцессорной. Популярна у транспортных средств с инжекторным двигателем. Позволяет регулировать углы опережения зажигания (воспламенения горюче-топливной смеси в цилиндре ДВС до достижения поршнем верхней мёртвой точки).
Элементы управления
- Электронные блоки управления (общее электрооборудование автомобиля, например, центральный блок управления, а также блоки управления отдельными агрегатами — двигателем, тормозной системой, подвеской).
- Щитки предохранителей периферийных цепей. Устанавливаются защиты конкретных потребителей: цепей блока управления бортовой сетью, двигателем, системой контроля давления в шинах и т.д.
- Блоки реле. Предназначены для замыкания-размыкания электроцепей. Используются для стыковки слаботочного выхода контроллера с нагрузкой резистивного внешнего характера. Одна из сфер применения — дистанционный контроль, удалённое взаимодействие с транспортными средствами.
Электрическая проводка
Но по мере развития автомобилестроения и активного применения пластика стали чаще использовать двухпроводные схемы (минусовой провод соединяется с кузовом в ближайшем месте). Фактически современная электропроводка автомобиля состоит из нескольких частей. Они могут быть включены в систему разными способами:
- Соединяться штекерными разъемами между собой.
- Устанавливаться на одном из блоков (монтажном блоке, блоке предохранителей).
- Соединяться шинами (мультиплексная проводка).
Электрооборудование и наземный электротранспорт
В Росси идёт активная работа по комплексному реформированию городского электрического транспорта
Заинтересованность в участии в этой программе активно выразили Красноярский край, Ярославская, курская, Нижегородская область и Сахалин.
Электробусы уже стали одним из важных направлений в развитии общественного городского транспорта. Зеленые технологии, такие как электрические двигатели, сторонники электробусов представляют собой экологически устойчивую и экономичную альтернативу традиционным автобусам, использующим топливо.
Переход на электрически транспорт дает возможность снизить выбросы углекислого газа и других вредных веществ в атмосферу, что положительно сказывается на экологической обстановке в городах.
Одним из важных достижений в области электротранспорта в России является создание системы быстрой зарядки для электробусов. Это позволяет значительноеличить пробег электробусов и упростить процесс их эксплуатации.
Для московского электробуса (а именно здесь электробусы в России знают больше всего) была выбрана ультрабыстрая зарядка. Она занимает от 6 до 15 минут. Электрооборудование заряжается на маршрутах с помощью пантографа.
Но существует и иная концепция зарядки: ночная. В России она пока не популярна, но в китайских городах, где эксплуатируется подавляющая часть мирового парка электробусов, ориентируются именно на ночную зарядку. И не исключено, что такой подход со временем будет опробован ив некоторых российских городах.